アルミナ分散強化銅のろう付接合方法

核融合科学研究所・准教授時谷政行

研究キーワード

耐熱機器 , 鋳造用冷却板 , ろう付 , 溶接 , 耐磨耗 , アルミナ分散強化銅

セールスポイント

アルミナ分散強化銅と他の金属を、「大面積で確実に接合」できます。

耐磨耗製と高い除熱性能を兼ね備えた大面積の除熱機器製造が可能です。

研究概要

GlidCop®に代表されるアルミナ分散強化銅は、耐磨耗性と高い熱伝導率を兼ね備えた銅合金ですが、溶接性が悪いために用途が限られることがありました。本研究で開発した「アルミナ分散強化銅のろう付接合方法」を用いれば、アルミナ分散強化銅を銅よりも融点の高い全ての金属と大面積で確実に接合可能です。接合界面の接合率は極めて高く、液体やガスなどの漏れのない完全リークタイトな接合部が得られます。また、接合部はマイクロスケールの溶接のような状態となるため、ろう付にもかかわらず繰り返し接合熱処理が可能です．

応用事例・使用用途など

連続して高い熱を除熱する必要がある全ての構造物に適用可能です。例えば、鉄鋼および非鉄金属分野では、耐磨耗性を要する鋳造用冷却パネルへの応用が考えられます。また、高エネルギー加速器分野のビームターゲットの製造にも応用できる可能性があります。右記の図は、実際に製造した核融合炉用超高熱流プラズマ対向機器試験体の写真とCAD図です。

研究内容

［関連分野］鉄鋼、非鉄金属、高エネルギー加速器、原子力、核融合
［背景技術］ろう付接合、マイクロスケールの溶接
［従来技術の課題］アルミナ分散強化銅は、優れた耐磨耗性、機械的強度、熱伝導率を兼ね備えていることから、従来より幅広い用途への応用が考えられてきました。一方で、溶接性の悪い金属として知られているため、接合を伴う場合にはその利用を諦める必要もありました。
［本研究のポイント・効果など］本技術を用いることで、大面積の接合を伴う構造であっても、アルミナ分散強化銅の利用が可能となります。アルミナ分散強化銅同士の接合、アルミナ分散強化銅よりも融点が高い各種金属材料との接合において、大面積での完全リークタイトな接合が実現できます。また、通常のろう付接合法では、ろう付を行った接合部をもう一度同じ熱処理温度まで昇温した場合、先に接合した接合部は劣化しますが、本技術の場合、ろう付接合部がマイクロスケールの溶接に近い状態で接合が完了しますので、１つの機器製造時に同じろう付熱処理を繰り返し適用する「多段階ろう付接合」が可能です。「多段階ろう付接合」を利用すれば、例えば、アルミナ分散強化銅に任意の冷却流路を予め切削加工した後で完全リークタイトな蓋を施工し、その後で鉄鋼材料の継手を接続することもできます。つまり、冷却性能を最大限に高める冷却流路設計が可能となり、高効率で機能性の高い冷却機器の製造が可能となります。